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CCC/252

Potenzialità di recupero del metano da carbone tramite ECBM
Dr L L Sloss
Maggio 2015

Il metano estratto dai giacimenti di carbone (CBM – Coal Bed Methane), è una preziosa fonte di energia già utilizzata negli Stati Uniti e in Australia e attualmente impiegata anche in Cina. La tecnologia nota come ECBM (Enhanced Coal Bed Methane) consiste nell’iniezione di gas puri (CO2, N2) o gas di scarico grezzi (come i fumi di scarico delle centrali elettriche) in un sito carbonifero; e consente di accrescere la produzione del metano dal giacimento e, simultaneamente, di stoccare la CO2 nel sottosuolo.
L’ECBM ha un grosso potenziale sia in virtù dei maggiori ricavi, legati all’incremento di estrazione del metano, sia grazie ai benefici ambientali derivanti allo stoccaggio della CO2; infatti:
• Il recupero di metano dai pozzi esistenti può essere aumentato da un minimo del 50% fino al 95%;
• La CO2 può essere immagazzinata in modo permanente nei giacimenti di carbone e metano-esausti;
• I ricavi ottenibili dall’utilizzo dell’ECBM sono dovuti non solo all’estrazione del metano ma anche ai meccanismi di finanziamento che incentivano la riduzione delle emissioni di gas a effetto serra.
L’utilizzo dell’ECBM rappresenta una evoluzione tecnologica della tecnologia standard utilizzata per il recupero di metano dai giacimenti di carbone; difatti normalmente in un pozzo CBM standard, la produzione di metano di riduce nel tempo dopo che la pressione iniziale nel giacimento di carbone si attenua. La figura seguente mostra il passaggio dalla produzione di CBM a quella di ECBM.

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Diagramma sulla transizione da CBM a ECBM (Saghafi, 2010)

La quantità di metano recuperabile con tecnologie CBM è quindi limitata dalla pressione del gas nella vena carbonifera e dalla velocità di diffusione dello stesso metano (legata alla pressione del gas presente nel sito); di conseguenza non tutto il gas disponibile all’interno del bacino può essere recuperato. Iniettando CO2 o azoto nella vena è possibile liberare ulteriore metano. L’azoto può essere utilizzato, ma utilizzando CO2 si ha il vantaggio di un più efficace rilascio del metano, infatti, circa due molecole di CO2 sostituiscono gli spazi occupati da una molecola di CH4. Ciò significa che, in teoria, il potenziale di stoccaggio per la CO2 nei giacimenti di carbone profondi è molto significativo. Tuttavia, in pratica si è riscontrato che l’assorbimento di CO2 provoca un rigonfiamento del carbone fino al 7-8% rispetto al volume iniziale. Questo porta alla riduzione del flusso di gas all’interno della vena e, in molti casi, alla completa cessazione del flusso gassoso; in questi casi la possibilità di iniezione dei gas viene ridotta a zero e non è possibile recuperare ulteriore metano.

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Schema di principio del’ECBM (Zheng and Xu, 2014)

Nei progetti attualmente in corso finora si è cercato di contrastare questo effetto eseguendo l’iniezione e l’estrazione con soffiaggio di CO2 e aspirazione di metano in modalità ciclica, oppure iniettando nel giacimento prima azoto e poi CO2. Diversi progetti hanno avuto successo, utilizzando gas grezzi (gas di scarico delle centrali elettriche) come gas di iniezione. Tuttavia, anche utilizzando fumi grezzi come gas di iniezione, la tecnica funziona solo in parte e offre scarsi benefici in termini di volumi effettivi di stoccaggio della CO2.
Oggi l’attrazione principale per gli investimenti nelle tecnologie ECBM è il potenziale di stoccaggio della CO2. Anche senza i problemi legati al rigonfiamento del carbone, l’iniezione di CO2 non risulta comunque semplice. Per i progetti ECBM, infatti, la CO2 deve essere trasportata sino al sito previo trattamento e successivamente iniettata nella vena in pressione. I progetti pilota hanno dimostrato che il trasporto e la compressione della CO2 sono molto onerosi economicamente. Infatti, i progetti ECBM non risultano economicamente sostenibili quando i costi di preparazione della CO2 ammontano a circa 42 $/t,. Anche se venissero dimezzati i costi, i progetti non sarebbero economicamente sostenibili se non attraverso meccanismi di finanziamento, come ad esempio i “CO2 credits” nell’ambito dell’UNFCCC (Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici).
Il report in questione mette in luce le “sfide” legate all’ECBM, sia tecnologiche che economiche, nonché i risultati dei diversi progetti in tutto il mondo. Il lavoro valuta ogni progetto dettagliatamente riportando gli attori coinvolti e evidenziando il contributo di ciascuno sia in termini di maggiore recupero del metano che di CO2 totale immagazzinata; inoltre,riporta anche i progetti bloccati o in fase di stallo ponendo in luce le problematiche che hanno interrotto le sperimentazioni.

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Progetti ECBM allo stadio pilota e dimostrativo (Li and Fang, 2014)

In realtà, l’unico progetto ECBM che non è stato completamente abbandonato è i progetto del Ministero della Scienza e della Tecnologia (MOST) cinese nel bacino del Quinshui in Cina. Per ottenere un sito con una produzione di ECBM significativa sono stati necessari circa 100 pozzi. Tuttavia, l’economia del progetto sembra risiedere quasi interamente sulla garanzia di un finanziamento che copre i costi della cattura della CO2, compensando i costi aggiuntivi di trattamento del gas.
Attualmente i maggiori ostacoli allo sviluppo delle tecnologie ECBM sono:
• la scarsa diffusione della tecnologia a livello commerciale;
• la scarsa esperienza pratica per contrastare il fenomeno del rigonfiamento del carbone legato all’iniezione dei gas nella vena;
• la mancanza di un supporto tecnico-economico per i nuovi ricercatori e investitori;
• gli elevati prezzi del gas naturale che non rendono competitivo lo sviluppo delle tecniche di estrazione;
• la necessità di accedere a incentivi finanziari per l’utilizzo di gas di scarico e per lo stoccaggio della CO2. DMarotto